光电自动报靶系统

基于点识别的自动报靶系统

胡凯;沈新锋;张瑞东

【摘要】设计分为激光枪打靶和激光枪着落点识别两个部分.在正式打靶前,需要手动按键进行靶心和靶环间的距离校准,校准完成后可正式打靶.正式打靶时,手动按键控制激光枪上下左右移动并发射激光束,通过按键控制摄像头采集激光点的信息.采集完成后,通过按键控制在液晶显示屏上显示相应的闪烁点,同时在显示屏上显示激光点的方位信息和环数信息.

【期刊名称】《电气自动化》

【年(卷),期】2015(037)004

【总页数】3页(P87-89)

【关键词】打靶;激光枪;摄像头;识别;方位;环数

【作者】胡凯;沈新锋;张瑞东

【作者单位】南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044;南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044;南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044

【正文语种】中文

【中图分类】TP272

0 引言

本设计采用msp430F149作为核心处理器，设有打靶和报靶两套装置。打靶装置用来打靶和按键控制发送命令，报靶装置用来接收命令进行激光点的位置识别和报靶。

1 总体设计方案

图1 实物模型图

本设计包含两个部分，模型如图1所示。

第一个部分是激光枪打靶。此装置的系统结构如图 2(a)所示，硬件［1］上采用了无线模块nRF905、细分器2M542、4*4矩阵键盘、激光笔和42步进电机搭建的二维云台。本设计中选择四个按键控制步进电机上下左右移动，选择二个按键进行靶心校准和靶环距校准，选择二个按键进行图像采集和自动报靶，选择二个按键控制激光笔的打开和关闭。在进行靶心校准时，将激光点打到靶心位置，MCU控制摄像头识别激光点并记录下实际靶心位置的偏差值。在进行靶环间的距离校准时，选择任意一个靶环，将激光点打到该靶环上，MCU控制摄像头识别激光点并记录下与显示屏上所画的靶环的比例系数。校准完成后，便可将激光笔打到摄像头拍摄范围内任一位置，通过按键控制摄像头获取激光点的横纵坐标，根据记录的偏差值自动修改，再通过按键便可显示点的方位信息和环数信息。

一种自动报靶系统的设计与实现

传统的报靶主要依靠人工实现，存在精度不高、安全隐患较大及人力资源浪费的不足。现在市场上一些自动报靶的产品中普片存在成本高、系统比较复杂，并且占用场地等缺陷，本文所设计的报靶系统是基于多靶多人同时射击时，射手和检查监控都能实时检测子弹是否击中靶子并实现自动报靶，系统能科学、精确、实时地测量射击的环数和方位，客观、公正地评价射击训练成绩，有效地指导射击训练，满足信息化建设和训练的急需。

1. 传感器的物理特性分析

报靶系统由传感器(特制的头靶、胸靶、胸环靶、身靶)进行数据采集。准确检测到击中靶子的信号是实现自动报靶的关键，本系统的报靶传感器是一特制的靶子，它的两面各有一层导电橡胶(或其它导电的软材料)，反面导电橡胶接地线，正面的一层按胸环靶样式用绝缘材料分隔成不同的环位和方位区域，并在不同的区域分别引出信号线。当子弹穿越靶子的瞬间，靶子两面的导电橡胶层接通，此时在相应区域的信号线上即可产生接地的脉冲信号，靶的8个环位和8个方位一共16种脉冲信号并行输出。胸靶结构示意图如图1所示。设靶子厚度为0.02

m，弹速为400m/s．则输出的接地脉冲宽度小于50us。为了能准确检测，则必须对这些脉冲信号进行整形和展宽前期信号的处理，用CPLD技术对数据采集和处理的实现，较常规的数据处理相比，产品信号处理更准确，使用器件减少，抗干扰性也将大大提高，同时使用方便和降低产品造价，数据采集板还实现从并行到串行的转换。

2. 系统结构设计

整个系统由数据采集模块、前期信号预处理模块、通信模块、数据处理和输入输出模块。系统结构框图如图2所示。数据处理模块包括单片机为核心的上位机和以Delphi为基础开发的一个PC机监控终端。系统可以同时进行12名射手射击，单片机上位机为每个射手显示实时成绩，PC机监控终端则可以实时显示所有射手的成绩，用于对射击的检查监控。

一种基于图像处理技术的自动报靶系统设计

张晓锟;林嘉宇

【摘要】针对军事射击项目的特点,基于数字图像处理和识别技术,给出了一种自动报靶系统的设计方案和实现算法.该系统通过图像采集、图像处理、弹孔提取和环值判定,可以实现自动报靶和数据管理(统计、记录、分析)等功能.

【期刊名称】《微处理机》

【年(卷),期】2010(031)003

【总页数】5页(P101-104,107)

【关键词】自动报靶;图像处理;系统设计

【作者】张晓锟;林嘉宇

【作者单位】国防科学技术大学电子科学与工程学院,长沙,410073;国防科学技术大学电子科学与工程学院,长沙,410073

【正文语种】中文

【中图分类】TP391.41

1 引言

当前，部队射击科目训练中，大量采用的是传统的人工报靶方式，这种方式具有工作量大、效率低，且安全性差的弊端，已不能满足当前部队训练的要求［1］。随着科学技术的巨大进步，国内有许多单位对此进行研究，相继开发出多类射击自动报靶系统。这些自动报靶产品按其功能的实现方式可以分以下几种类型［2］:双层电极短路采样系统、声电定位自动报靶系统、光电电子靶系统、基于图像处理技术的自动报靶系统。而基于图像处理的自动报靶系统具有简捷方便、低成本、测量精度较高等优点。

数字图像处理技术主要包括图像数字化、图像变换、图像增强、图像恢复、图像分割、图像分析、图像压缩、图像重建等［3］。近年来，随着图像处理技术的飞速发展和计算机运算速度的不断提高，图像处理技术已经被广泛应用于科学研究、工农业生产、军事技术、政府部门、医疗卫生等诸多领域。例如，车牌识别、汽车自动驾驶系统、人脸识别、指纹识别与匹配系统等都是图像处理技术在实际中的典型应用。为此，本文着眼于部队实际需求，重点结合图像处理技术，设计出了一种自动报靶系统。该系统不仅能够提高射击效率、节省人力、避免报靶时的人员伤亡，且能实现自动报靶、成绩统计等功能，从而确保射击成绩的真实可靠，实现快速。

激光枪自动射击报靶装置

电子测试　

激光枪自动射击报靶装置　

陈启昂潘瑶麟楼奇力　（中国计量学院现代科技学院３１　００１８）　

摘要：本文设计的是一个自动射击报靶装置，主要由激光枪及瞄准机构、胸环靶、弹着点检测电路这几个部分构成。整个系统　

是以Ｋ６０单片机为控制核心，通过摄像头，对胸环靶进行图像采集、处理，反馈给单片机，判断出弹着点所在位置，并且能通过　

键盘来改变ＰＷＭ波使伺服电机转动相应角度，从而调控激光枪的弹着点。除基本要求满足外，本系统设计了一些拓展环节：图　

形点阵显示器上显示胸环靶的相应图形，并闪烁显示弹着点。自动控制激光枪，在ｌ５秒内将激光束光斑从胸环靶上的指定位　

置迅速瞄准并击中靶心（即１Ｏ环区域），其他：任意给环数，激光笔打到相应位置，相当精确，并且能够语音报靶。　

关键词：Ｋ６０单片机；摄像头；图像采集及处理；伺服电机　

Ｉａｓｅｒ　ｇｕｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｓｈｏｔｉｎｇ　ｔａｒｇｅｔ　ａｎｄ　ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ　

Ｃｈｅｎ　Ｑｉ’ａｎｇ‘Ｐａｎ　Ｙａｏｌｉｎ　Ｌｏｕ　Ｑｉｌｉ　

（Ｃｈｉｎａ　ｊｉｌｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　３１００１８）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｓ　ａｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｓｈｏｏｔｉｎｇ　ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｏｔｓ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ｌａｒｇｅｌｙ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｌａｓｅｒ　

Ｇｕｎ　ａｎｄ　ａｉｍｉｎｇ，ｃｈｅｓｔ　ｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ，ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｈａｔ　ｓｏｍｅ　ｐａｒｔｓ．Ｔｈｅ　ｅｎｔｉｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｔｏ　

ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｋ６０　ｍｉｃｒｏｃＯｎｔｒｏｌ１ｅｒ　ｃｏｒｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃａｍｅｒａ，　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈｅｓｔ　ｒｏｕｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ｆｏｒ　ｉｍａｇｅ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，　

ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＳＣＭ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｗｈｅｒｅ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｋｅｙｂｏａｒｄ　ｔｏ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅ　

自动射击报靶装置

徐暑葛宇清李亚运

南京医科大学基础医学院生物医学工程系

2

一．引言 ................................................................................................. 5

二．硬件部分方案设计 .......................................................................... 5

1.激光笔方位控制方案论证 ............................................................. 6

1．1电机选择方案 ..................................................................... 6

1.2电机驱动模块的方案论证 .................................................... 6

1.3电机组合方案 ........................................................................ 7

1.4激光枪控制方案论证 ............................................................ 8

2.图像采集方案 ................................................................................ 8

3.无线通讯模块 ................................................................................ 9

自动报靶系统设计与实现

摘要：文章结合惠更斯原理的子波思想提出一种超声传感器报靶系统，当子弹穿过靶标时，弹头波在其脉冲压力作用下通过空气介质向四周传播，直至遇上微孔管，部分激波通过微孔管到达传感器。接收信号采用无线传输模块，通过解析各个传感器的时差值来计算弹丸位置，以此实现弹着点自动报靶的系统。本系统对射击瞄准点指示物无特定要求，结构简单、定位精度高、不受外界环境影响，通过孔式传感器和幕布的方式解决多位无干扰和连发的问题。

引言

为了更好、更高效地训练枪械持有者的射击技能，解决传统训练设备技术落后、效率低等问题，更好地适应高效、通用、科学的训练形势，发展与之相适应的新的现代化训练设备迫在眉睫。现有大多数自动报靶定位装置的靶标皆为有形靶标。多数采用封闭式声空腔结构，采用前后封闭靶板，对前后封闭靶板受弹数有一定的技术要求，1cm2多者8发、少者4发前后靶板就要修补。因而靶标的使用寿命低，更换修补次数多。另外，现有技术中的定位方法是利用弹丸的弹头波到达靶面上的不同传感器所产生的时间差，确定弹丸在靶面上的坐标。虽能较好解决弹丸精确定位，但是不能解决连发问题。因此，现有的声电定位装置存在以上缺陷，而且适用范围也有一定的局限性。针对现有技术的上述不足，提出一种敞开形超声传感器的报靶系统，其结构简单、体积小、重量轻、无耗材并且野外布设、便携、射击瞄准指示物材料无特定要求，定位精度高，能解决弹丸单、连发精确定位问题。是一种能很好适用于野外实弹连发射击训练、演习、战场杀伤破坏评估中弹丸定位及自动报靶的声电定位装置。

1 声电定位原理

声电定位的主要优点在于测量精度高，工作与光照条件无关，可以全天候工作。对装于“口”型布阵靶框内侧的声学传感器来说，枪械类型和射击距离不同，其探测到的传感器信号不同，波形也会有所不同。在一个矩形木质框架上装入若干个声电传感器，当弹头从框架内穿过时，冲击框架内的空气使之产生扰动，形成一个冲击波向周围扩散(弹头穿过点即为波源)，离波源最近的传感器最先捕捉到该波，启动检靶仪开始计时，其余各传感器依次接收到该波，这样就获得若干个时间差，通过这些时间差及弹头速度(波速)，进行运算处理，就可以确定波源位置，即弹头穿过位置。把这个框架作为射击靶，就可以确定弹头在靶子上的弹着点。其原理图如图1所示。

基于点识别的自动报靶系统 2

基于点识别的自动报靶系统

胡凯;沈新锋;张瑞东

【期刊名称】《电气自动化》

【年(卷),期】2015(037)004

【摘要】设计分为激光枪打靶和激光枪着落点识别两个部分.在正式打靶前,需要手动按键进行靶心和靶环间的距离校准,校准完成后可正式打靶.正式打靶时,手动按键控制激光枪上下左右移动并发射激光束,通过按键控制摄像头采集激光点的信息.采集完成后,通过按键控制在液晶显示屏上显示相应的闪烁点,同时在显示屏上显示激光点的方位信息和环数信息.

【总页数】3页(P87-89)

【作者】胡凯;沈新锋;张瑞东

【作者单位】南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044;南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044;南京信息工程大学信息与控制学院,江苏南京210044

【正文语种】中文

【中图分类】TP272

【相关文献】

1.基于工件自动识别的视觉点胶系统研究 [J], 张宽;王晗;陈新度;蔡念;曾耀斌;何国锐

2.基于边缘点对特征的板型物体识别与定位系统 [J], 赵银帅;吴清潇;付双飞;张正光

3.基于DMS系统的配网开环点自动识别方法研究 [J], 蔡建逸; 杨炜楠; 林裕新; 陈宏海

4.一种基于解析结构模型的离散制造系统能效瓶颈点的识别方法研究 [J], 潘琛;张德喜

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基于嵌入式平台的自动报靶系统设计

２００６耳第１１期　

中图分类号：ＴＮ９１１．７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２５５２（２００６）１１—０１５５—０４　

基于嵌入式平台的自动报靶系统设计　

周　勇　，冯小芳　

（１．兰卅ｌ交通大学继续教育学院，兰州７３００７０；２．兰州交通大学光电与智能控制教育部重点实验室，兰卅Ｉ　７３００７０）　

摘　要：介绍了一种基于嵌入式平台的自动报靶系统的设计和实现方案。针对图像传输的特点，　

结合ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ和ＤＳＰ处理技术，重点讨论了在嵌入式平台上实现自动报靶系统的软、硬件设　

计思路和具体处理方法，详细阐明了所采用平台的总体架构、关键问题和难点分析。此设计方　

案取得了很好的实用价值。　

关键词：图像增强；嵌入式；自动报靶；ＣＰＬＤ；ＤＳＰ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｒｅｐｏｒｔ　ｔａｒｇｅｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　

ＺＨ０Ｕ　Ｙｏｎｇ　．ＦＥＮＧ　Ｘｉａｏ．ｆａｎｇ　

（１．Ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｉ　ｎ血０ｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＩＡｍｚｈｏｕ　７３００７０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏｐｔｏ—Ｅｌｅｅｔｒｏｍｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｍｇｅｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｍｈａｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，　

Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｋ岫　０ｕ　７３００７０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｒｅｐｏｒｔ　ｔｉｎ－ｇｅｔ　

ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｄｒｅｃｔｉｎｇ　ａｇａｉｎｓｔ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｐｉｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｂｉｎｇ　ｔｈｅ　

自动报靶方法与设备

一、背景：目前, 在部队射击训练、考核和比赛中, 示靶、检靶和成绩记录主要依靠人工完成, 这样不但效率低、可靠性差, 而且存在安全隐患【1】。因而在很大程度上影响报靶的结果，不仅判靶效率低，而且不利于射击者准确地了解自己的成绩，不利于打靶水平的提高。射击精度是衡量枪械类轻武器性能的一个重要指标，因此，对自动报靶方法与系统的研究具有非常重大的意义。

二、自动报靶的分类：

为适应科技强军的需要，国内有许多单位对自动报靶系统进行研究，相继开发出多类射击自动报靶系统。

根据自动报靶的技术实现原理，可分为电极埋入方式、光电传感方式、图象处理方式和声电定位方式四种方式。

另外，市售的自动报靶系统根据检测手段可分为：金属片(或其他导电体)连通检测和图像识别两种方式。

1、电极埋入式自动报靶系统

1.1电极埋入式自动报靶系统的工作原理

工作原理：是在特制靶体的生产过程中，利用特殊的工艺，将一个由电极组成的二维网格埋入靶体的夹层里面。当在垂直和水平方向上，每两根电极之间的间隔小于弹丸直径时，每次弹丸击穿靶体都会切断至少两根的电极。通过测量不同编号的电极间电阻值变化就能确定弹丸击中靶体的位置，进而形成弹点坐标，判定环数。

1.2电极埋入式自动报靶系统的优缺点：① 优点:响应速度快;报靶精度高。② 缺点：这种判靶方式是一次性的，每次射击后靶体即告报废。因此，电极埋入式报靶系统成本过高。

2、光电传感方式自动报靶系统

2.1光电传感方式自动报靶系统的工作原理：是在光电传感式自动报靶系统中，在靶体的四周以垂直方向和水平方向对应安装两套高灵敏度的光电收发装置(如发光二极管和感光二极管)。这两组排列密集的发光器件所发出的光线将靶划分为矩阵式的网格状。每个小网格对应着靶上的一个方形区域。每一组垂直方向和水平方向光电器件编号的组合，就是靶上对应点的坐标。在每组相邻的光电器件间距小于弹丸直径的情况下，每次弹丸通过靶体的瞬间，都会在垂直方向和水平方向上切断至少两根的光线，光线的明暗变化又使感光器件的电气参数(如输出电平)发生变化。这样，就可以通过单片机等可编程设备来收集这些感光器件的编号，形成弹着点坐标，然后再通过查表等方式获取弹着点的环数。

基于单片机控制的自动报靶系统设计

第 1 页共 58 页 1 引言

1.1 课题研究背景及发展方向

在军队射击训练和各种体育射击比赛中，示靶、检靶、报靶和成绩的记录统计，是训练和比赛过程中的主要保障工作。目前，这些保障工作大部分还是依靠人工来完成的。人工报靶有着工作量大、效率低、安全性差的特点。想要提高射击比赛或训练中报靶的效率，最主要是要解决自动报靶的问题[1]。因此，设计制作并采用安全有效的自动报靶系统具有重要的现实意义也是迫切的现实需求。

当今较为先进的报靶系统包括光电坐标靶、图像处理坐标靶、CCD线阵靶、声电坐标靶、光纤编码坐标靶刚、双电极短路坐标靶等[2][3]。但以上这些方法也存在着各自的不足：有的技术过于复杂、有的不能用于野外实弹射击报靶、有的成本过高、有的着弹实报率较低、不适用于连发射击训练等缺点。

目前应用较多的还有红外光电定位测试、基于图像处理模板匹配法、基于声电坐标定位法、基于光纤编码定位法、广义Hough变换法(基于图像处理)、面阵CCD精度靶等报靶系统，都是较有效的测试方法[3]。近年来发展起来一种新型智能自动报靶系统，与传统的实弹射击准备工序繁琐且隐藏着极大的安全隐患比较，利用这种报靶系统开展的训练将会更安全高效。这一智能自动报靶系统由主机、从机、靶面传感器三部分构成。具有可对射击过程全程监控，并作数据处理、自动统计以及查询成绩等功能，还可对射手存在的问题作出分析，极大地提高了训练效率[4]。可以预见，这种新型智能自动报靶系统将会在不远的将来取代传统自动报靶系统并向更加智能化、自动化、数字化方向发展，它将可能成为未来研制报靶系统的新趋势。

1.2 基于激光坐标定位法实现的自动报靶系统简介

激光坐标定位法在一些资料中也称为光电坐标定位法，光电靶是由X、Y两个方向上的激光网络构成，如图 l 所示。第 2 页共 58 页

图1.1 光电靶

将普通靶纸置于激光网络之前并与之同轴，当子弹打破靶纸，并穿越激光网络时，会阻断相应位置处X和Y两个方向上的各一路激光，从而使接收装置(光敏管)开关状态发生变化[5][6]。通过对光敏管开关状态进行编码，便可将子弹穿过时对应的光敏管状态进行记录，利用单片机对该信号进行处理，便可得到弹着点的坐标和环数。